CN110399031A - 基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法及板卡 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法，升降压电源芯片包括开关电路，所述开关电路包括一个电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管和第二开关管均与电感的输入端电连接，第三开关管和第四开关管均与电感的输出端电连接，第二开关管和第三开关管均接地，使得第一开关管和第二开关管其中之一处于常闭状态，另外一个处于常开状态，通过PWM脉冲信号使得第三开关管和第四开关管交替开闭，或使得第三开关管和第四开关管其中之一处于常闭状态，另外一个处于常开状态，通过PWM脉冲信号使得第一开关管和第二开关管交替开闭，上述两种方式中，所述第二开关管和第三开关管不能同时闭合。

Description

基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法及板卡
技术领域
本发明涉及电学领域，尤其涉及一种基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法及板卡。
背景技术
目前公司大多数产品对整机功耗要求严格，特别是红外机芯类、手持类、枪瞄类产品对功耗要求更为苛刻，可以说是达到了毫瓦必争的局面。在某手持类项目中同样遇到了降低功耗、延长待机时间的拿分项。通过对电路方案、电源方案系统性梳理、每个供电芯片手册的查阅后，发现项目中两种板卡使用到升降压电源芯片(LTM8056)，为重点功耗点，且可进行降耗处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法，以使得升降压电源芯片的功耗降低，进而使得整机的功耗降低。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法，升降压电源芯片包括开关电路，所述开关电路包括一个电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管的漏极为开关电路的输入端，所述第一开关管的源极与电感的输入端电连接，所述第二开关管的漏极与电感的输入端电连接，所述第二开关管的源极接地，所述第三开关管的漏极与电感的输出端电连接，所述第三开关管的源极接地，所述第四开关管的源极与电感的输出端电连接，所述第四开关管的漏极为开关电路的输出端，使得第一开关管和第二开关管其中之一处于常闭状态，另外一个处于常开状态，通过PWM脉冲信号使得第三开关管和第四开关管交替开闭，或使得第三开关管和第四开关管其中之一处于常闭状态，另外一个处于常开状态，通过PWM脉冲信号使得第一开关管和第二开关管交替开闭，上述两种方式中，所述第二开关管和第三开关管不能同时闭合。
作为优选，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为MOS管。
作为优选，所述升降压电源芯片还包括第一电阻、第一电容、第二电阻和第二电容，所述第一电阻的输出端和第一电容的输入端均与第一开关管的漏极电连接，所述第一电容的输出端接地，所述第二电阻和第二电容的输入端均与第四开关管的漏极电连接，所述第二电容的输出端接地。
本发明还提供一种板卡，所述板卡包括控制器和上述的升降压电源芯片，所述控制器和升降压电源芯片均安设于板卡上，所述第一开关管的栅极、第二开关管的栅极、第三开关管的栅极和第四开关管的栅极分别与控制器的四个PWM信号输出口一一对应电连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过PWM脉冲信号控制各MOS管的开断，在升压、降压或降升压状态时总是使电感L其中一端的两个MOS管其中之一一直处于闭合状态，另外一个一直处于常开状态，再配合电感L另一端的两个MOS管交替开断，上述方法的前提是第二MOS管K2和第三MOS管K3不能同时闭合，以实现电感L储能或是提供能量，这样的方式使电感L其中一端的一个MOS管总处于常闭状态，比需要时再不停的开闭，更能降低损耗，采用这种方式也同时降低了电感的磁芯损耗(铁损)和铜线损耗(铜损)。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的升降压电源芯片的升降压拓扑图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，本发明实施例提供一种基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法，升降压电源芯片包括开关电路，所述开关电路包括一个电感L、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管的漏极为开关电路的输入端，所述第一开关管的源极与电感L的输入端电连接，所述第二开关管的漏极与电感L的输入端电连接，所述第二开关管的源极接地，所述第三开关管的漏极与电感L的输出端电连接，所述第三开关管的源极接地，所述第四开关管的源极与电感L的输出端电连接，所述第四开关管的漏极为开关电路的输出端，使得第一开关管和第二开关管其中之一处于常闭状态，另外一个处于常开状态，通过PWM脉冲信号使得第三开关管和第四开关管交替开闭，或使得第三开关管和第四开关管其中之一处于常闭状态，另外一个处于常开状态，通过PWM脉冲信号使得第一开关管和第二开关管交替开闭，上述两种方式中，所述第二开关管和第三开关管不能同时闭合。本发明可应用于对功耗要求苛刻且使用升降压电源芯片(或升压、降压)的产品，本发明采用的方法主要是降低升降压电源芯片的开关频率，此方法可适用于大部分电源芯片。
作为优选，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为MOS管。
在本实施例中，升降压电源芯片包括一个电感L、第一MOS管K1、第二MOS管K2、第三MOS管K3和第四MOS管K4，所述第一MOS管K1的漏极为开关电路的输入端，所述第一MOS管K1的源极与电感L的输入端电连接，所述第二MOS管K2的漏极与电感L的输入端电连接，所述第二MOS管K2的源极接地，所述第三MOS管K3的漏极与电感L的输出端电连接，所述第三MOS管K3的源极接地，所述第四MOS管K4的源极与电感L的输出端电连接，所述第四MOS管K4的漏极为开关电路的输出端。
如图1所示，开关电路由四个MOS管和一个储能电感L构成，PWM脉冲信号分别控制四个MOS管的导通截止实现升降压功能，具体分析如下：
Vin﹥Vout，且差值较大时，处于降压状态，K4常闭、K3常开，K1、K2交替导通；
当K1导通、K2关断时，电感L储能；当K1关断、K2导通时，电感L向负载提供能量。
Vin<Vout，且差值较大时，处于升压状态，K1常闭、K2常开，K3、K4交替导通；
当K3导通、K4关断时，电感L储能；当K3关断、K4导通时，电感L向负载提供能量。
Vin≈Vout，处于降升压状态，当K1导通、K2断开，K3、K4导通，电感L储能；当K1断开、K3断开，K2、K4导通，电感L向负载提供能量。
总之，K1、K2，K2、K3，K3、K4两两相互之间不可同时导通，且相互之间存在驱动死区。
作为优选，所述升降压电源芯片还包括第一电阻RV、第一电容CV、第二电阻RO和第二电容CO，所述第一电阻RV的输出端和第一电容CV的输入端均与第一MOS管K1的漏极电连接，所述第一电容CV的输出端接地，所述第二电阻RO和第二电容CO的输入端均与第四MOS管K4的漏极电连接，所述第二电容CO的输出端接地，第一电阻RV和第二电阻RO均起到限流作用，第一电容CV和第二电容CO均起到滤波作用，第一电阻RV的输入端接5～58V的直流电压，第二电阻RO的输出端输出1.2～48V的直流电压。
本发明提供的基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法是基于升降压开关电源芯片的损耗分析得到的，从拓扑图可看出，损耗主要是由电感L、MOS管产生，只要芯片处于上电工作状态即会产生损耗，只能降低，最终损耗是通过热量的方式散出。
电感损耗：磁芯损耗(铁损)、铜线损耗(铜损)，理想状态下，铁损＝铜损时，电感(或变压器)的损耗最小，发热最小。
MOS管损耗：开关损耗、导通损耗，一般状态下，导通损耗远小于开关损耗，只有当流过MOS管电流很大时，导通损耗需要重点关注。
综上所述，当开关频率降低时：在同一时间内MOS管的开通和关断次数降低，MOS管损耗降低；同理，电感磁芯复位次数降低，铁损降低，电感铜线上的等效阻抗降低，铜损相应也降低。
本发明实施例还提供一种板卡，所述板卡包括控制器(PWM CONTROLLER)和上述的升降压电源芯片，所述控制器和升降压电源芯片均安设于板卡上，所述第一开关管K1的栅极、第二开关管K2的栅极、第三开关管K3的栅极和第四开关管K4的栅极分别与控制器的四个PWM信号输出口一一对应电连接，本发明提供的板卡可应用于红外机芯类、手持类、枪瞄类产品，可大大降低上述产品的整机功耗，延长产品的待机时机，提高市场竞争力。
本发明通过PWM脉冲信号控制各MOS管的开断，在升压、降压或降升压状态时总是使电感L其中一端的两个MOS管其中之一一直处于闭合状态，另外一个一直处于常开状态，再配合电感L另一端的两个MOS管交替开断，上述方法的前提是第二MOS管K2和第三MOS管K3不能同时闭合，以实现电感L储能或是提供能量，这样的方式使电感L其中一端的一个MOS管总处于常闭状态，比需要时再不停的开闭，更能降低损耗，采用这种方式也同时降低了电感的磁芯损耗(铁损)和铜线损耗(铜损)。
使用本发明提供的方法后，在某手持类项目实际测试过程中：整机降低功耗1.1W左右，同等条件下，待机时间延长了0.4小时，提高了8.0％以上。
同样的机理，结合开关电源工作原理，类似的电源芯片也可以通过适当的降低电源芯片的开关频率，不同程度的降低电源芯片的损耗，还能降低电磁辐射干扰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法，其特征在于：升降压电源芯片包括开关电路，所述开关电路包括一个电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管的漏极为开关电路的输入端，所述第一开关管的源极与电感的输入端电连接，所述第二开关管的漏极与电感的输入端电连接，所述第二开关管的源极接地，所述第三开关管的漏极与电感的输出端电连接，所述第三开关管的源极接地，所述第四开关管的源极与电感的输出端电连接，所述第四开关管的漏极为开关电路的输出端，使得第一开关管和第二开关管其中之一处于常闭状态，另外一个处于常开状态，通过PWM脉冲信号使得第三开关管和第四开关管交替开闭，或使得第三开关管和第四开关管其中之一处于常闭状态，另外一个处于常开状态，通过PWM脉冲信号使得第一开关管和第二开关管交替开闭，上述两种方式中，所述第二开关管和第三开关管不能同时闭合。
2.如权利要求1所述的基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法，其特征在于：所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为MOS管。
3.如权利要求1所述的基于集成式升降压电源芯片降低功耗的方法，其特征在于：所述升降压电源芯片还包括第一电阻、第一电容、第二电阻和第二电容，所述第一电阻的输出端和第一电容的输入端均与第一开关管的漏极电连接，所述第一电容的输出端接地，所述第二电阻和第二电容的输入端均与第四开关管的漏极电连接，所述第二电容的输出端接地。
4.一种板卡，其特征在于：所述板卡包括控制器和如权利要求1-3任一项所述的升降压电源芯片，所述控制器和升降压电源芯片均安设于板卡上，所述第一开关管的栅极、第二开关管的栅极、第三开关管的栅极和第四开关管的栅极分别与控制器的四个PWM信号输出口一一对应电连接。
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